Hvordan førerløs bilracing fungerer

'Junior', en Volkswagen Passat fra 2006, sterkt modifisert og robotisert av et team fra Stanford University, krysser målstreken under DARPA Urban Challenge i 2004 i Victorville, California. Bilene hadde ingen førere og var ikke fjernstyrt. TANGI QUEMENER / AFP / Getty Images

Høye stadionlys lyser gjennom svermer av flyvende insekter, og lyser opp motorveien på en varm, krusete natt. Tusenvis av mennesker pakker tribunene. Hodene deres svinger mens racerbiler runder svingene, suser forbi og gjør det på nytt. En lav mumling fra mengden eksploderer til høstende jubel når den ene bilen passerer en annen, og unngår en kollisjon. Det er bare nok en actionfylt natt på løpebanen - eller er det?

En omgang å gå. Fansen er på beina og skriker høyt mens bilene jockeyer for posisjon. Når lederne brøler rundt den siste svingen og drar inn i hjemmestrekningen, er det tydelig at det kommer til å bli en fotofinish. Bare centimeter skiller vinneren fra løperen når de seiler under det rutete flagget. Publikum går vilt!

Det er da du legger merke til noe rart. Når førsteplassen sakter med å ta seiersrunden, blir det tydelig at ingen er i førersetet. Er bilen fjernstyrt? Hoppet sjåføren ut? Nei. Utrolig kjører bilen selv.

Selv om dette scenariet ennå ikke har spilt ut i det virkelige liv, er det bare et spørsmål om tid til det gjør det. Ingeniører har gjort utrolige fremskritt i design og testing av førerløse biler siden de første prototypene ble rullet ut på 1970-tallet. Kanskje mest bemerkelsesverdig er at Googles selvkjørende bilprosjekt har logget mer enn 1,3 millioner miles med programvarekontrollert kjøring fra 2009 til desember 2015 [kilde: Google]. Og fordi dette er Amerika, har ingeniører allerede prøvd å rase på sine kreasjoner, om enn i individuelle tidsforsøk, ikke direkte mot hverandre.

Så hvordan kom førerløs bilracing i gang? Hvordan er racing disse bilene på et spor annerledes enn å kjøre dem ned på motorveien? Vil førerløse bilkjøringer til slutt sette yrkessjåfører ut av en jobb? Vi lurer på disse spørsmålene og mer, men vi overlater kjøringen til deg. Så ta tak i musen og klikk på!

innhold

1. Opprinnelse av førerløs bilracing
2. Driverless Race Car Technology
3. Driverløse bil løp
4. Fremtiden for førerløs bilracing

Tegnet Leonardo da Vinci den første førerløse bilen? SSPL / Getty Images

Det er klart, førerløse biler ble ikke oppfunnet bare for å kunne løpe dem rundt et spor. Jada, det er ganske fantastisk, men den virkelige grunnen var mer praktisk. Hvis biler kjørte seg selv, kan folk som er avhengige av andre for transport på grunn av alder eller uførhet ha mye mer uavhengighet, for ikke å nevne den gjennomsnittlige pendleren din, som kunne ha mer tid til å slappe av. Som en ekstra bonus kan førerløse biler lette overbelastning, redusere ulykker, redusere drivstofforbruk og til og med lindre etterspørselen etter parkering.

Ideen om en førerløs bil kan spores helt tilbake til Leonardo da Vinci, som tegnet en forhåndsprogrammerbar vogn i 1478 (seriøst, hva tenkte ikke den fyren på?). Men det var ikke før General Motors 'Futurama-utstilling hadde premiere på verdensmessen i 1939 at førerløse biler virkelig fikk offentlig oppmerksomhet. Utstillingen var en skalamodell for hvordan verden kunne se ut i 1960, slik GM var sett for seg, og fremtredende på bittesmå motorveier var biler som kjørte seg selv. Tidlige forsøk på å utvikle denne teknologien på 1950-tallet fokuserte på såkalte smarte motorveier, som var veier innebygd med stålkabler som biler kunne oppdage og følge [kilder: Vanderbilt og Weber].

Dagens førerløse biler, som navigerer veier ved hjelp av sensorer og datamaskiner for å skanne og tolke miljøet, kom ut av 1970-tallet. Det var da ingeniører fra Japans Tsukuba mekaniske ingeniørlaboratorium med suksess programmerte en bil utstyrt med to kameraer og en analog datamaskin for å følge hvite veimarkører med en hastighet på 18,6 miles per time (30 kilometer i timen), selv om en stålskinne hjalp det langs [ kilde: Weber]. I løpet av de neste tiårene utnyttet imidlertid universiteter og selskaper over hele verden forbedringer innen datateknologi for å lage førerløse biler som faktisk presterte ganske bra i virkelige veitester.

I 2003 bestemte det amerikanske militæret, under Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), at disse bilene var klare til å rase. Mer spesifikt håpet de at utfordrende førerløse bilforskere til å konkurrere mot hverandre ville stimulere til innovasjon i en teknologi som potensielt kan ha viktige militære anvendelser. Dermed ble DARPA Grand Challenge født. Med en premie på 1 million dollar på linjen samlet lagene seg i California-ørkenen i 2004 for å slippe løs deres ultimate autonome fartsmaskiner, og resultatene var, vel, interessante [kilde: Shipley]. Men før vi kommer inn på det, la oss snakke om teknologien som trengs for å bygge en førerløs racerbil.

En datamaskin med autonom kjøretøy fra Nvidia Drive PX 2 ble vist på CES-messen i Las Vegas i 2016. Nvidia sier at den nye Drive PX 2-plattformen, designet for autonome biler, kan behandle 24 billioner dype læringsoperasjoner et sekund. REUTERS / Steve Marcus

Det er sannsynligvis ikke overraskende at teknologien i førerløse racerbiler er lik den i din egen autonome (eller til og med semi-autonome) bil. Det er fordi det å navigere på et racerbane og kjøre en motorvei er likt på mange grunnleggende måter: Begge krever at du holder deg unna andre biler, holder deg på en bestemt kurs og unngår uventede hindringer. Enda mer avanserte racingferdigheter, som å ta et hjørne så raskt som mulig uten å snurre ut, kan sammenlignes med å ta en sving på en isete motorvei. Fortsatt står førerløse racerbiler overfor unike utfordringer, og ingeniører har kommet frem til noen ganske geniale måter å takle dem på.

En typisk førerløs bil bruker en rekke sensorer for å observere omgivelsene. Radarsensorer plassert rundt bilen kan oppdage kjøretøyets posisjon i forhold til bilene rundt den. Videokameraer hjelper til med å holde rede på trafikken i nærheten, men de leser også trafikklys og veiskilt, og hjelper bilen med å unngå hindringer som fotgjengere. Lidar - eller lysradar - spretter lysimpulser fra bilens omgivelser for å skape en tredimensjonal visning som er nyttig for å identifisere banemarkeringer og kanten av veien. En datamaskin trekker alle disse dataene sammen og manipulerer styring, akselerasjon og bremsing tilsvarende [kilde: Armstrong].

Racing krever enda mer fra en førerløs bil. Med tanke på høyere hastigheter er akselerasjon og bremsing mye vanskeligere, og det er langt mindre reaksjonstid. Teknikker som å bestemme den beste linjen gjennom en sving, slåss om posisjon og kompensere for belastningsskift under styring er også nødvendig. Mange av disse ferdighetene er instinktive for racerbilførere, men førerløse biler kan bare gjøre det riktig hvis de er programmert med riktig algoritme [kilde: Adams].

Så hva er en racing-utfordret ingeniør å gjøre?

De tar en titt i hodene til racerbilførere - bokstavelig talt. Et forskerteam på Stanford koblet faktisk drivere opp til elektroder som målte hjerneaktivitet da de kjørte mot andre biler. Informasjon hentet fra dette eksperimentet hjalp ingeniørene å finjustere datasystemene til de førerløse racerbilene. For eksempel, ved å undersøke menneskers sjåførers instinktive respons når kjøretøyet snurrer ut på en sving, var ingeniører i stand til å forbedre tidspunktet for programvaren som hjelper til med å stabilisere bilen [kilde: Knapton].

Den førerløse "sjefen" bruker en kombinasjon av en kombinasjon av lidar, radar, visjon og kartlegging av GPS-systemer for å "se." Den brukte bare elektronikk for å kunne kjøre seg selv gjennom DARPA 60-kilometer bybane i 2007. David Paul Morris / Getty Images

Har all denne snakken om førerløs bilkjøring fått din indre geek klar for det grønne flagget? Vel, ikke bli for spent, for det er fremdeles noen kinks å trene før idretten er klar for prime time.

Jada, ingeniører har kappkjørt disse kjøretøyene i mer enn et tiår, men det har ikke alltid vært actionfylt. Ta det første offisielle billøpet uten fører, en terrengkonkurranse kjent som 2004 DARPA Grand Challenge (vi nevnte det tidligere, men lot deg henge med om utfallet). Av de 15 lagene som startet var det bare seks som faktisk kom seg ut av startguten uten å gå bonkers. De som klarte å komme seg ut, kunne reise mellom 1,9 og 11,9 kilometer før de ble sittende fast på en stein, trengte inn i et gjerde eller møtte et annet storslått undergang. Disse resultatene er enda mer kryddeverdige når du vurderer at kurset var 142 mil langt [kilde: Hooper].

For å være rettferdig handler DARPA Grand Challenge om å oppmuntre til teknologisk fremgang, og ved det målet 2005 skuffet ikke skuffen. Tjuetre kjøretøy kom inn denne gangen, og fire klarte å komme seg ned på 132 mils løpet innen 10-timersfristen. "Stanley," bilen fra Stanford University, avsluttet først med en tid på seks timer, 53 minutter og 58 sekunder. Det var en fantastisk teknologisk bragd, men med en gjennomsnittshastighet på 19,1 miles per time (30,7 kilometer i timen), var det knapt de hjerteskjærende action-fansen er vant til [kilde: Hanlon].

Det siste DARPA førerløse billøpet var Urban Challenge som ble avholdt i 2007. Denne gangen slo Carnegie Mellons team ut 10 andre konkurrenter for å ta med seg førstepremien på $ 2 millioner, og fullførte 60-mils banen 20 minutter foran neste finisher. Igjen var hastighetene treg: bare 14 mil per time (22,5 kilometer i timen) i gjennomsnitt. Kanskje den største spenningen for løpsfans var imidlertid at bilene ble bedømt etter hvor godt de fulgte trafikkreglene. Hva slags løp er det? [kilde: Sofge]

Raseentusiaster vil være glad for å vite at ingeniører nå jobber med førerløse racerbiler som kan gå mye, mye raskere. Stanford Universitys Audi TTS, med kallenavnet "Shelley", har fått mye oppmerksomhet i det siste - og med god grunn. I februar 2015 ble det den første førerløse racerbilen som slo en menneskelig racerbilsjåfør, og slo ut amatørturneringsklassens mester David Vodden på Californias Thunderhill Raceway Park med 0,4 sekunder [kilde: Knapton].

Driverless Cars and Racing: A Match Made in Hollywood

Selv om sjåførløse biler ennå ikke har kjørt head-to-head med andre biler, har det ikke stoppet film- og TV-produsenter fra å forestille seg hvordan det ville se ut. En episode av "South Park" fra 2014 inneholdt et løp i stil med 1960-tallets animerte show "Wacky Races", og en av konkurrentene var en japansk førerløs bil. Sony Pictures har til og med en film i verkene med tittelen "Driverless Car Race" som vil skildre disse kjøretøyene som konkurrerer på en rute fra Paris til Beijing [kilder: Montgomery og Ramsey].

Formel E er allerede ganske kul med sjåfører. Se for deg hvordan løpene ville se ut når bilene er førerløse under Roborace! Jed Leicester / LAT / Formula E via Getty Images

Etter å ha hørt om den nåværende tilstanden til førerløs bilkjøring, tenker antagelig motorsport fans: "Det er ganske kult, men når skal vi se noen REAL racing?" Flott spørsmål. Og du vil være glad for å høre at svaret snart er.

I november 2015 kunngjorde Formula E, en racingklasse for elbiler Roborace, en internasjonal racingbane for førerløse elektriske kjøretøy. Planen er å holde disse løpene før hvert Formel E-arrangement, med sesongen 2016-2017. Roborace vil inneholde 10 team som bruker identiske biler, slik at konkurransen faktisk vil komme til de forskjellige sensorer og datamaskinalgoritmer teamingeniører oppretter for å gjøre bilen autonom. Og de beste nyhetene for racingfans? En av grunnleggerne av arrangementet lover hastigheter så høye som 186 miles per time (299,3 kilometer i timen) [kilde: Davies].

Men vil noen se det? Det er det store spørsmålet som mange av Roboraces kritikere reiser. Disse tvilerne føler at hvis du tar det menneskelige elementet fra racing, blir det mindre interessant og kanskje ikke en gang kvalifiserer som en sport. Det er de strategiske feilberegningene og krasjene som folk stiller inn for å se, så hva vil skje hvis datamaskiner blir finjustert for å unngå disse feilene? Hva blir racing uten sjåførenes emosjonelle feiringer i vinnersirkelen? Det er til og med en viss bekymring for at førerløse biler vil bli så flinke til å rase at menneskelige sjåfører blir foreldet.

Imidlertid er ikke alle enige. Tilhengerne hevder at denne typen konkurranser faktisk vil gjøre sporten mye mer attraktiv ved å tiltrekke seg en ny type fan som egentlig ikke brydde seg mye om racing før. Og hva angår det menneskelige elementet, ser heller ikke Roborace-talsmenn at det forsvinner. De håper ingeniørene vil ta på seg denne rollen, til slutt glede seg over noen av søkelysene etter å ha blitt boret bort i et laboratorium for store deler av karrieren [kilde: Fagnan].

Til slutt ser ikke sjefen for Formel E Roborace hans som slutten på motorsport. Snarere ønsker han at fans og konkurrenter skal bli begeistret for innovasjon - og kanskje ha det litt moro i prosessen [kilde: Khorounzhiy].

Joke's on You

31. mars 2012 kunngjorde Google et samarbeid med NASCAR for å danne Google Racing, en racingdivisjon for førerløse biler. Hvis den timingen ikke er mistenkelig for deg, burde den være det. Dagen etter kunngjorde Internett-søkegiganten at det hele var en aprilpråk for April Fool [kilde: Google].

Forfatterens merknad: Hvordan førerløs bilracing fungerer

Jeg har fulgt tilfeldig det som skjer med førerløse biler, men forestillingen om å rase dem er et nytt, og uten tvil kjempebra, konsept for meg. Mens jeg studerte denne artikkelen, fant jeg meg distrahert av YouTube-videoer av de tidlige DARPA-løpene og andre eventyr i autonome racing. Nå som jeg vet at det kommer en ny førerløs racing-serie, er jeg veldig interessert i å se den. Jeg antar at det gjør meg til en av de nye fansløpspromotørene som håpet å trekke til sporten!

relaterte artikler

• 10 funksjoner vi ønsker å se i selvkjørende biler
• Tilbyr førerløse biler å tilby tryggere, rimeligere og mer effektiv transport?
• Hvordan førerløse biler vil fungere
• Hva er DARPA Urban Challenge?
• Hvordan vil racerbiler se ut i 2025?

Flere gode lenker

• YouTube: 2004 DARPA Grand Challenge
• YouTube: "Shelley," Stanfords robotbil, treffer sporet
• TED Talk: The Future Race Car - 150 mph and No Driver

kilder

• Armstrong, James. "Hvordan fungerer bilførere uten bil?" The Telegraph. 11. februar 2015. (15. januar 2016) http://www.telegraph.co.uk/motoring/motoringvideo/11308777/How-do-driverless-cars-work.html
• Bogost, Ian. "Robotbilens hemmelige historie." Atlanteren. November 2014. (15. januar 2016) http://www.theatlantic.com/magazine/archive/2014/11/the-secret-history-of-the-robot-car/380791/
• DARPA. "Urban Challenge: Welcome." 2007. (15. januar 2016) http://archive.darpa.mil/grandchallenge/index.html
• Davies, Alex. "Å kjøre selvkjørende biler vil gjøre veier tryggere for alle." Fast. 2. desember 2015. (15. januar 2016) http://www.wired.com/2015/12/roborace-autonomous-vehicle-racing/
• Fagnan, Rene. "Opinion: 10 grunner til ikke å avslå Roborace." Motorsport.com. 13. desember 2015. (14. januar 2016) http://www.motorsport.com/formula-e/news/opinion-10-reasons-not-to-dismiss-roborace/
• Fia Formel E-mesterskap. "Formel E og Kinetik kunngjør Driverless Support Series." 27. november 2015. (11. januar 2016) http://www.fiaformulae.com/no/news/2015/november/formula-e-kinetik-announce-roborace-a-global-driverless-champunity.aspx
• Google. "Google Racing." 31. mars 2012. (13. januar 2016) https://archive.google.com/racing/
• Google. "Månedsrapport fra Google-selvkjørende bilprosjekt." Desember 2015. (15. januar 2016) https://static.googleusercontent.com/media/www.google.com/no/selfdrivingcar/files/reports/report-1215.pdf
• Hanlon, Mike. "Stanford University vinner DARPA Grand Challenge Race for Robots - Five Complete Course." Gizmag. 9. oktober 2005. (15. januar 2016) http://www.gizmag.com/go/4720/
• Hooper, Joseph. "Fra DARPA Grand Challenge 2004 DARPA's Debacle in the Desert." Populærvitenskap. 4. juni 2004. (12. januar 2016) http://www.popsci.com/scitech/article/2004-06/darpa-grand-challenge-2004darpas-debacle-desert
• Khorounzhiy, Valentin. "Driverless Championship will Not Signal End of Motorsport - Agag." Motorsport.com. 27. november 2015. (14. januar 2016) http://www.motorsport.com/formula-e/news/driverless-champunity-won-t-signal-end-of-motorsport-agag/
• Knapton, Sarah. "Driverless Car slår Racing Driver for første gang." The Telegraph. 13. februar 2015. (11. januar, 2016) http://www.telegraph.co.uk/news/science/science-news/11410261/Driverless-car-beats-racing-driver-for-first-time .html
• Montgomery, Kevin. "South Park tar ned Techs absurde transportkrig." Valleywag. 16. oktober 2014. (15. januar 2016) http://valleywag.gawker.com/south-park-takes-down-techs-absurd-transportation-war-1647173429
• Edel, Jonathan. "Driverless Cars for Roads Not Race Track, sier Wolff." Motorsport.com. 26. desember 2015. (11. januar 2016) http://www.motorsport.com/formula-e/news/driverless-cars-for-roads-not-race-track-says-wolff-664866/
• Ramsey, Lydia. "Driverless Car Race fra Paris til Beijing 'ville være nær umulig.'" Populærvitenskap. 19. februar 2015. (11. jan. 2016) http://www.popsci.com/theres-going-be-movie-about-self-driving-car-races
• Shipley, Don. "DARPA planlegger den store utfordringen for robotkjøretøyer." DARPA. 2. januar 2003. (15. januar 2016) http://archive.darpa.mil/grandchallenge04/media/announcement.pdf
• Sofge, Erik. "Carnegie Mellon og GM's Boss vinner DARPA Urban Challenge." Populær mekanikk. 2007. (15. januar 2016) http://www.popularmechanics.com/technology/gadgets/a2250/4229973/
• Vanderbilt, Tom. "Autonome biler gjennom tidene." Fast. 6. februar 2012. (13. januar 2016) http://www.wired.com/2012/02/autonomous-vehicle-history/
• Weber, Marc. "Hvor skal du? En historie med autonome kjøretøy." Datahistorisk museum. 2014. (15. januar 2016) http://www.computerhistory.org/atchm/where-to-a-history-of-autonomous-vehicles/